Тиристорный преобразователь с защитой Советский патент 1984 года по МПК H02M5/257 H02H7/12 

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может использоваться при автоматизации технологических процессов, например, в системах вентильного электропривода прокатных станов.

Известен тиристорный преобразователь (ТП), система импульсно-фазового управления которого выполнена на основе автоколебательных преобразователей аналоговой информации с использованием амплитудной модуляции синхронизирующего воздействия, что повышает помехоустойчивость системы управления тиристорами силового блока С 13

Однако данное устройство характеризуется низкой надежностью,так как в нем не предусмотрен блок быстродействующей запщты тиристоров по току нагрузки.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является тиристорный преобразователь с запщтой, содержащий силовой трансформатор , первичная обмотка которого через автоматический выключатель соединена с выводами для подключения питающей сети, вторичная обмотка крайними выводами подключена к анодам тиристоров, а средним выводом к первому выходному выводу, систему импульсно-фазового управления тиристорами (СИФУ), вход которой соединен с выводом для подключения источника сигнала управления, а выходы подключены к управляющим электродам тиристоров, источник опорного напряжения и демодулирующий фильтр, выход которого через пороговый элемент подключен к управляющему входу автоматического выключателя. Устройство характеризуется высокой надежностью СИФУ преобразователя 211.

Однако известньй преобразователь имеет низкую надежность блока силовы тиристоров.

Традиционным способом отключения силового блока тиристорных ключей от напряжения сети является формирование сигнала превышения током нагрузки допустимого значения. Информационным воздействием на силовой выключатель в данном случае является выходное напряжение датчика тока.

Защита известного ТП от перегрузо по току не обеспечивает высокой надежности блока силовых тиристоров так как защиту от преобразователя

необходимо осуществлять не по среднему значению тока нагрузки, а по максимальному значению тока, протекающего через вентиль силового блока. Реализация подобного алгоритма защиты ТП с помощью известных технических средств ведет к резкому увеличению аппаратурных затрат, так как требует введение в преобразователь датчиков тока, число которых должно соответствовать числу силовых тиристоров ТП. Это в свою очередь снижает надежность тиристорного преобразователя в целом.

Целью изобретения является упрощение конструкции и повышение надежности тиристорного преобразователя.

Поставленная цель достигается

тем, что в тиристорный преобразователь с защитой, содержащий силовой трансформатор., первичная обмотка которого через автоматический выключатель соединена с выводами для

подключения питающей сети, вторичная обмотка крайними выводами подключена к анодам тиристоров, а средним выводом - к первому выходному выводу, систему импульсно-фазового управления тиристорами, вход которой соединен с выводом для подключения источника сигнала управления ,, а выходы подключены к управляющим электродам тиристоров, источник опорного напряжения и демодулирующий фильтр, выход которого через пороговый элемент подключен к управляющему входу автоматического выключателя, введены разделительный

трансформатор с первичной и двумя вторичными обмотками, первый и второй резисторы к релейньш элемент, при этом первичная обмотка разделительного трансформатора крайними

вьтодами подключена к катодам тиристоров , а средним выводом соединена с вторым выходным выводом, первая вторичная обмотка через первый резистор подключена к источнику опорного напряжения, а вторая вторичная обмотка включена между входом релейного элемента, через второй резистор подключенным к шине нулевого потенциала, и его выходом, соединенным с входом демодулирующег

фильтра.

На фиг.1 изображена функциональная схема предлагаемого устройства. на фиг.2 - временные диаграммы его сигналов. Устройство содержит автоматический выключатель 1, силовой трансформатор 2 с первичной 3 и вторичной Д обмотками, тиристоры 5 и 6 с управляющими электродами 7 и 8, систему импульсно-фазового управления (СИФУ) 9 с входньм выводом 10,разделительный трансформатор 11 с первичной 12 и вторичными 13 и 14 обмотками, резисторы 15 и 16, релей ньй элемент 17, демодулирующий фильтр 18, пороговьй элемент 19, .входные выводы 20 и 21, управляющий вход 22 автоматического выключателя 1, выводы 23 и 24 для подключения источника опорного напряжения, шина 25 нулевого потенциа ла преобразователя. К выходу преобразователя подключена нагрузка 26. Устройство работает следующим об разом. СИФУ 9 служит для формирования импульсов управления тиристорами 5 и 6 и выполнена по известной схеме, например на основе автоколебательных преобразователей информации.Под действием сигнала управления происходит фазовый сдвиг импульсов управ ления тиристорами 5 и 6 по отношени к напряжению сети Ucemu , за сче чего изменяется продолжительность открытого состояния тиристоров 5 и Трансформатор 11 в совокупности с релейным элементом 17 (фиг.1) образуют каскад, работающий в режиме устойчивых автоколебаний и выполняющий функции датчика тока тиристо ров 5 и 6. При нулевом значении токов в обмотках 12 и 13 среднее значение сигнала на выходе релейного элемента 17 равно нулю (фиг, ). Релейный элемент t7 имеет симметрич ные относительно нулевого уровня ТП пороги переключения t 6 (фиг.2а.), а его выходной сигнал (фиг.25 ) неизменен по модулю амплитуды и меняется только по знаку в пределах t А. При положительном знаке вькодног импульса релейного элемента 17 через обмотку 14 трансформатора 11 протекает ток, который создает на резисторе 16 падение напряжения, амплитуда которого пропорциональна току холостого хода разделительного трансформатора 11. В момент насьпден Магнитопровода трансформатора 11 на резисторе 16 создается импульс напряжения (фиг.2 а), под действием которого происходит переключение релейного элемента 17 (фиг.26) и начинается процесс перемагничивания трансформатора 11. Следующее переключение релейного элемента 17 происходит в момент времени очередного насыщения трансформатора 11. В дальнейшем процесс периодически повторяется. При этом постоянная состаштяющая выходных импульсов релейного элемента 17 за период их дискретизации равна нулю. Предположим, что к обмотке 13 подключен источник опорного напряжения постоянного уровня. Тогдав интервале времени t (фиг.2) перемагничивание трансформатора 11 происходит под действием суммы токов в обмотках 13 и 14, а в интервале времени с 2 (фиг.2 г. ) - под действием разности токов в этих обмотках. В результате t2 t и постоянная составляющая выходных импульсов релейного элемента 17 за период автоколебаний достигает величины, пропорциональной уровню тока в обмотке 13. Аналогичным образом автоколебательный каскад 11 и 17 реагирует и на изменение токов в обмотке 12. Вьщеление постоянной составляющей выходных импульсов релейного элемента 17 осуществляется с помощью демодулирующего фильтра 18 (фиг.2а)« Частота автоколебаний каскада 14 и 22 выбирается намного превышающей частоту сетевого напряжения. Рассмотрим принцип действия автооколебательного каскада ТП при работе тиристоров 5 и 6. Считаем, что опорное напряжение, подключенное к обмотке 13, равно нулю. При переходе тиристора 5 в открытое состояние через odMOTKy 12 протекает так нагрузки, который вызывает изменение скважности импульсов на выходе релейного элемента 17. Учитывая, что частота автоколебаний намного превьшает частоту тока в тиристоре 5, постоянная времени фильтра 18 незначительна, а на входе порогового элемента 19 формируется сигнал, который с достаточно высокой точностью повторяет форму тока через тиристор 3.. в следующем полупериоде сетевого напряжения работает тиристор 6, и

ток нагрузки контролируется с помощью обмотки 12 аналогично.

Таким образом, при нормальной работе тиристоров 5 и 6 автоколебательный каскад 11 и 17 выполняет функции датчика тока нагрузки 26,

Если в цепи нагрузки ТП происходит короткое замыкание, то резко увеличивается ток через одну из полуобмоток 12 разделительного трансформатора 11. В результате на выходе демодулирующего фильтра 18 возрастает амплитуда напряжения, которая достигает уровня срабатывания порогового элемента 19, и на вход 22 выключателя 1 подается импульс напряжения, приводящий к отключению ТП от напряжения сети. Порого вый элемент 19 выполнен с симметричной зоной нечувствительности, а его выходной импульсный сигнал имеет знак, например отрицательный, не зависящий от знака сигнала на выходе фильтра 18.

Предположим, что произошло коро.ткое замыкание в цепи тиристора 5 и он оказался элементом с двухсторонней проводимостью. Тогда при переходе тиристора 6 в открытое состояние ток короткого замыкания будет протекать сразу через обе полуобмотки 12 трансформатора 11. Это вызывае эффект увеличения коэффициента

усиления автоколебательного каскада ТП, что способствует форсированию процесса выключения силового трансФорматора 2. Таким образом, автоколебательный каскад ТП в данном случае выполняет функции датчика ток короткого замыкания во вторичной цепи силового трансформатора 2, причем с коэффициентом усиления,превышающим его значение при нормальной работе тиристоров 5 и 6.

С помощью обмотки 13 и источника опорного напряжения, подключаемого к выводам 23 И 24, производится установка О выходного сигнала релейного элемента 17, либо наоборот в случае необходимости задается асимметрия статической характеристики автоколебательного каскада ТП.

Таким образом, защита блока силовых тиристоров осуществляется как по току нагрузки, так и по амплитудному значению тока короткого замыкания через тиристоры.

Кроме того, контроль тока через вентили силового блока осуществляется с помощью лишь одного датчика тока, что значительно упрощает конструкцию ТП.

Предлагаемый тиристорный преобразователь отличается простотой технической реализации и повышенной надежностью.

UCUIHI

Фм/

ТИРИСТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С ЗАЩИТОЙ, содержащий силовой трансформатор , первичная обмотка которого через автоматический выключатель соединена с выводами для подключения питающей сети, вторичная обмотка крайними выводами подключена к анодам тиристоров, а средним выводом - к первому выходному выводу, систему импульсно-фазового управления тиристорами, вход которой соединен с выводом для подключения источника сигнала управления, а выходы подключены к управляющим электродам « i:.-.: . .л; тиристоров, источник опорного напряжения и демодулирующий фильтр, выход которого через пороговый элемент подключен к управляющему входу автоматического выключателя, о т л ичающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения надежности, в него введены разделительный трансформатор с первичной и двумя вторичными обмотками,первый и второй резисторы и релейньй элемент, при этом первичная обмотка , разделительного трансформатора крайними выводами подключена к катодам тиристоров, а средним выводом i соединена с вторым выходным выводом, первая вторичная обмотка через пер(Л вый резистор подключена к источнику опорного напряжения, а вторая вторичная обмотка включена между входом релейного элемента, через второй резистор подключенным к шине нулевого потенциала, и его выходом, соединенным с входом демодулирующего фильтра.

5

6 о

-5

г о

-А

.Г